KR100926272B1 - Ｘ―ｙ스테이지를 이용한 엘브이에스 캘리브레이션 자동화방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엘브이에스(LVS: Laser Vision System) 캘리브레이션 자동화 방법에 관한 것으로서, 특히, 주어진 지령에 따라 구동된 X-Y스테이지(X-Y Stage) 상에 장착된 캘리브레이션 지그를 이용하여 캘리브레이션 매트릭스를 도출해낼 수 있는 X-Y스테이지를 이용한 엘브이에스 캘리브레이션 자동화 방법에 관한 것이다.
본 발명은 레이저광원부와 카메라모듈을 포함하는 엘브이에스(LVS)가 X-Y스테이지(X-Y Stage)에 설치된 캘리브레이션지그(Calibration Jig) 전방에 장착되는 단계; 상기 X-Y스테이지에 지정된 캘리브레이션 경로가 입력되는 단계; 입력된 경로에 따라 상기 X-Y스테이지가 X방향 또는 Y방향으로 위치 이동되는 단계; 상기 X-Y스테이지에 정지 신호 인가 시, 정지된 상기 X-Y스테이지의 임의 좌표(x,y) 상에서 상기 엘브이에스가 캘리브레이션지그에 대한 영상을 추출하고 특이점을 검출하는 단계; 상기 영상, 상기 특이점 및 상기 임의 좌표(x,y)를 데이터로 저장시키는 단계 및 저장된 데이터에 의해 캘리브레이션 매트릭스가 도출되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 X-Y스테이지를 이용한 엘브이에스 캘리브레이션 자동화 방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 단시간 내에 높은 정밀도의 엘브이에스 캘리브레이션이 가능하고, 공간 상의 위치 좌표와 이미지 상의 위치를 안정적인 데이터로 처리할 수 있어, 엘브이에스를 이용한 작업 공정 능률을 향상시킬 수 있는 기술적 효과가 있다.
X-Y스테이지(X-Y Stage), 엘브이에스(LVS), 캘리브레이션지그(Calibration Jig), 캘리브레이션 매트릭스(Calibration Matrix)

Description

Ｘ―Ｙ스테이지를 이용한 엘브이에스 캘리브레이션 자동화 방법{Method of the auto calibration for the laser vision system using X-Y stage}
본 발명은 엘브이에스(LVS: Laser Vision System) 캘리브레이션 자동화 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주어진 지령에 따라 구동된 X-Y스테이지(X-Y Stage) 상에 장착된 캘리브레이션 지그를 이용하여 캘리브레이션 매트릭스를 도출해낼 수 있는 X-Y스테이지를 이용한 엘브이에스 캘리브레이션 자동화 방법에 관한 것이다.
산업 기술의 고도한 발전과 함께 근로환경에도 많은 개선이 이루어짐으로 인해, 용접과 같은 열악한 환경하의 작업을 기피하는 현상이 만연하였다. 이러한 이유로 작업자를 대신하여 열악한 환경하의 각종 작업에 로봇을 이용한 여러 가지 자동화 장비가 출현하게 되었다.
특히, 조선 분야에서의 용접은 대형의 용접 대상물이 굴곡져 있거나, 스텝이 형성되어 있는 경우가 대부분이어서, 이러한 용접 위치를 일일이 정확히 감지하여 용접을 하기에는 많은 시간과 인력이 필요하다.
최근 이를 해결하기 위한 노력의 일환으로, 엘브이에스(LVS: Laser Vision System)을 이용한 용접 자동화가 등장하였다. 엘브이에스란 광을 주사하는 레이저광원부(예: 레이저 다이오드)와, 영상을 획득하는 카메라모듈을 포함하는 장치로서, 광 삼각법(Optical Triangular)의 원리를 이용하여 영상처리가 가능한 장치이다.
이러한 엘브이에스를 이용하여 정확한 용접 위치를 측정하기 위해선 사전 엘브이에스 캘리브레이션(Calibration) 과정이 선행됨이 필수적이다.
엘브이에스 캘리브레이션 과정이란 실제의 3차원 공간상에 있는 임의의 점들이 엘브이에스 영상 이미지 상에선 어디에 위치하는지에 대한 관계를 찾는 것이다.
정밀한 켈리브레이션을 위해서는 3차원 공간 상의 점을 정확히 알아야 하며, 최대한 많은 위치에 대한 정보를 수렴하여 캘리브레이션을 실시하는 것이 좋다.
도 1은 엘브이에스 캘리브레이션에 이용되었던 종래의 캘리브레이션지그를 도시한 사진이다. 도 1의 (a)는 종래의 캘리브레이션지그를 우측 상방에서 바라본 사진이며, 도1의 (b)는 종래의 캘리브레이션지그를 정면에서 바라본 사진이다. 도 1의 (a) 및 (b)를 참조하면, 종래의 캘리브레이션지그는 단위길이(예: 10mm)마다 대응홈부를 갖는 하부기준블록(10)과, 상기 하부기준블록(10)의 대응홈부에 끼움 장착 가능한 대응돌부를 갖는 상부지그블록(20)으로 구성된다.
종래의 엘브이에스 캘리브레이션은 작업자가 상기 상부지그블록(20)을 직접 한 구간씩 수작업으로 위치 이동시키고, 이러한 상부지그블록(20)을 상기 하부기준 블록(10)에 끼움 결합한 후 엘브이에스 캘리브레이션을 수행하였다.
그런데 이러한 종래의 엘브이에스 캘리브레이션은 많은 시간이 소요되었으며, 상기 하부기준블록(10)의 대응홈부 단위길이(예: 10mm) 구간에 따른 위치 제약 및 정밀도 저하의 문제가 있었으며, 작업자가 수작업으로 상기 상부지그블록(20)을 이동 및 끼움 장착시킴으로 인하여, 각종 오차가 발생될 수 있는 문제가 있었다.
따라서, 단시간 내에 측정 가능하면서, 높은 정밀도를 가지는 엘브이에스 캘리브레이션 자동화 방법에 대한 필요성이 대두되었다.
상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은 단시간 내에 측정 가능하고, 높은 정밀도를 가지며, 안정적인 데이터 처리가 가능한 엘브이에스 캘리브레이션 자동화 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 삼는다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 사상에 따르면, a) 레이저광원부와 카메라모듈을 포함하는 엘브이에스(LVS)가 X-Y스테이지(X-Y Stage)에 설치된 캘리브레이션지그(Calibration Jig) 전방에 장착되는 단계; b) 상기 X-Y스테이지에 지정된 캘리브레이션 경로가 입력되는 단계; c) 입력된 경로에 따라 상기 X-Y스테이지가 X방향 또는 Y방향으로 위치 이동되는 단계; d) 상기 X-Y스테이지에 정지 신호 인가 시, 정지된 상기 X-Y스테이지의 임의 좌표(x,y) 상에서 상기 엘브이에스가 캘리브레이션지그에 대한 영상을 추출하고 특이점을 검출하는 단계; e) 상기 d)단계에서 상기 영상, 상기 특이점 및 상기 임의 좌표(x,y)를 데이터로 저장시키는 단계; 및 f) 상기 e)단계에서 저장된 데이터에 의해 캘리브레이션 매트릭스가 도출되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 X-Y스테이지를 이용한 엘브이에스 캘리브레이션 자동화 방법을 제공할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 상기 f)단계에서의 상기 캘리브레이션 매트릭스 도출에 필요한 양의 상기 데이터 저장을 위해서, 상기 c)단계, 상기 d)단계 및 상기 e) 단계가 반복 수행될 수 있다.
그리고 상기 c)단계, 상기 d)단계, 상기 e)단계 및 상기 f)단계는, 상기 b)단계에서 상기 캘리브레이션 경로 입력 시, 지령된 명령에 따라 자동으로 진행되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 단시간 내에 높은 정밀도의 엘브이에스 캘리브레이션이 가능하고, 공간 상의 위치 좌표와 이미지 상의 위치를 안정적인 데이터로 처리할 수 있어, 엘브이에스를 이용한 작업 공정 능률을 향상시킬 수 있는 기술적 효과가 있다.
본 발명과 본 발명의 이점 및 본 발명에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예가 예시된 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도면에서, 도 2는 본 발명에 따른 X-Y스테이지를 이용한 엘브이에스 캘리브레이션 자동화 방법의 일실시예를 도시한 순서도이며, 도 3은 도 2에 도시된 실시 예에서 X-Y스테이지에 설치된 캘리브레이션지그 전방에 엘브이에스가 장착된 모습을 설명하기 위해 도시한 사진이다.
도 2 내지 도 3을 병행 참조하여 본 발명의 사상에 따른 바람직한 실시예를 설명하도록 한다.
도 2를 참조하면, 레이저 광원부와 카메라모듈을 포함하는 엘브이에스(LVS)가 X-Y스테이지(X-Y Stage)에 설치된 캘리브레이션지그(Calibration Jig) 전방에 장착된다(S200). 본 단계(S200)에서는 2축('X축'은 가로방향, 'Y축'은 세로방향)으로 구동 가능한 스테이지인 X-Y스테이지 상에 V블록 형상의 캘리브레이션지그를 탑재 고정시키고, 상기 캐리브레이션지그 전방에 레이저광원부와 카메라모듈을 설치한다. 이때, 상기 X-Y스테이지는 지령된 신호에 따라 X축방향(가로방향), Y축방향(세로방향)으로 이동 가능한 모터 구동 장치로서, 이러한 X-Y스테이지는 당업자에게 주지된 장치로서, 통상적인 구성인 모터, 엔코더, 구동볼스크류, 이동테이블 등으로 구성될 수 있다. 이때, 보다 정밀한 엘브이에스 캘리브레이션을 위해선 고성능의 엔코더(Encoder)를 이용하는 것이 바람직한데, 본 실시예에서는 2000step/mm의 성능을 갖는 엔코더를 이용한다.
도 3을 참조하면, X-Y스테이지 상부에 V형 블록 형상 캘리브레이션지그가 탑재 고정되어 있으며, 상기 캘리브레이션지그의 전방으로 레이저광원부 및 카메라모듈이 설치된다. 이로써, 레이저광원부에서 주사된 광이 상기 캘리브레이션지그에 반사된 이미지를 카메라모듈에서 획득할 수 있게 된다. 이러한 레이저광원부 및 카메라모듈의 배치 위치는 당업자에게 알려진 주지된 기술이므로, 이에 대한 부연 설 명은 생략한다.
이후, 상기 X-Y스테이지에 지정된 캘리브레이션 경로 및 복수의 정지 지점이 입력된다(S210).
그리고 이전 단계(S210)에서 입력된 경로를 따라 상기 X-Y스테이지가 X축방향 또는 Y축방향으로 위치 이동된다(S220). 이러한 X-Y스테이지의 구동 제어는 통상의 모터 제어 방법으로 설명될 수 있다.
이후, 상기 X-Y스테이지가 이전 단계(S210)에서 입력된 정지 지점으로 이동되었을 때 자동으로 정지 신호가 인가되고, 그에 따라 상기 X-Y스테이지가 정지한 다음, 상기 엘브이에스가 정지된 상기 X-Y스테이지의 임의 좌표(x,y) 상에서, 캘리브레이션지그에 대한 영상을 추출하고, 특이점을 검출한다(S230). 본 단계(S230)에서는 X-Y스테이지가 정지된 임의 위치 상의 좌표(x,y) 상에서, 엘브이에스를 이용하여 상기 캘리브레이션지그에 대한 영상 및 특이점(이때, 특이점은 '레이저 패턴 형상')을 획득한다. 바람직한 실시예 상에서, 엘브이에스와 X-Y스테이지를 서로 동조(Sync)시켜, X-Y스테이지가 입력된 위치로 이동함과 동시에, X-Y스테이지 상에 탑재된 캘리브레이션지그의 영상 및 특이점을 엘브이에스에서 자동으로 검출할 수 있도록 할 수 있다.
그리고 이전 단계(S230)에서 추출된 영상, 검출된 특이점 및 상기 임의 좌표(x,y)를 데이터로 저장시킨다(S240). 본 단계(S240)에서는 이전 단계(S230)에서 추출된 영상과, 검출된 특이점 및 이러한 영상 추출 시의 임의 좌표(x,y)를 데이터 처리 후 저장시킴으로써, 보다 안정적인 데이터관리를 도모할 수 있다. 이때, 이렇게 저장된 데이터가 엘브이에스 캘리브레이션의 목적인 캘리브레이션 매트릭스(Calibration Matrix) 값을 도출하기에 부족할 경우, 이를 만족시킬 수 있을 때까지, 전술된 이전 단계(S220, S230) 및 본 단계(S240)는 반복 수행되는 것이 바람 직하다.
이후, 저장된 데이터에 의해 캘리브레이션 매트릭스를 도출해낸다(S250). 본 단계(S250)에서 '캘리브레이션 매트릭스'란 엘브이에스에서 획득된 2차원 이미지 상의 임의 위치가 실제 작업 상의 3차원 공간 상에선 어떻게 변환되는 지를 파악할 수 있는 좌표변환관련 행렬로서, 엘브이에스 캘리브레이션의 목적에 해당된다. 바람직한 실시예로서, 전술된 단계(S220, S230, S240, S250)는 X-Y스테이지에 캘리브레이션 경로를 입력하는 단계(S210)에서, 지령된 명령을 통해 자동 수행되는 것이 좋다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 또는 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 종래의 엘브이에스 캘리브레이션에 이용되던 캘리브레이션 지그를 도시한 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 X-Y스테이지를 이용한 엘브이에스 캘리브레이션 자동화 방법의 일실시예를 도시한 순서도이다.
도 3은 도 2에 도시된 실시예에서 X-Y스테이지에 설치된 캘리브레이션지그 전방에 엘브이에스가 장착된 모습을 설명하기 위해 도시한 사진이다.

Claims (3)

  1. a) 레이저광원부와 카메라모듈을 포함하는 엘브이에스(LVS)가 X-Y스테이지(X-Y Stage)에 설치된 캘리브레이션지그(Calibration Jig) 전방에 장착되는 단계;
    b) 상기 X-Y스테이지에 지정된 캘리브레이션 경로 및 복수의 정지 지점이 입력되는 단계;
    c) 입력된 경로에 따라 상기 X-Y스테이지가 X방향 또는 Y방향으로 위치 이동되는 단계;
    d) 상기 X-Y스테이지가 상기 b) 단계에서 입력된 정지 지점으로 이동되었을 때 자동으로 정지 신호가 인가되고, 그에 따라 상기 X-Y스테이지가 정지한 다음, 정지된 상기 X-Y스테이지의 임의 좌표(x,y) 상에서 상기 엘브이에스가 캘리브레이션지그에 대한 영상을 추출하고 특이점을 검출하는 단계;
    e) 상기 d)단계에서 상기 영상, 상기 특이점 및 상기 임의 좌표(x,y)를 데이터로 저장시키는 단계; 및
    f) 상기 e)단계에서 저장된 데이터에 의해 캘리브레이션 매트릭스가 도출되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    X-Y스테이지를 이용한 엘브이에스 캘리브레이션 자동화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 f)단계에서의 상기 캘리브레이션 매트릭스 도출에 필요한 양의 상기 데 이터 저장을 위해서, 상기 c)단계, 상기 d)단계 및 상기 e)단계가 반복 수행되는 것을 특징으로 하는,
    X-Y스테이지를 이용한 엘브이에스 캘리브레이션 자동화 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 c)단계, 상기 d)단계, 상기 e)단계 및 상기 f)단계는,
    상기 b)단계에서 상기 캘리브레이션 경로 입력 시, 지령된 명령에 따라 자동으로 진행되는 것을 특징으로 하는,
    X-Y스테이지를 이용한 엘브이에스 캘리브레이션 자동화 방법.
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